JP4847401B2 - Mobile robot drive unit - Google Patents
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Description
この発明は移動ロボットの駆動装置に関し、より詳しくは関節に配置された電動モータに駆動電圧を効率的に供給するようにした移動ロボットの駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device for a mobile robot, and more particularly to a drive device for a mobile robot that efficiently supplies a drive voltage to an electric motor disposed at a joint.
移動ロボットは、通例、搭載するバッテリ(電源)から電動モータなどのアクチュエータに駆動電圧を供給されて動作する。その例として特許文献1記載の技術を挙げることができる。特許文献1記載の技術にあっては、基体に股関節を介して連結されると共に、膝関節を介して連結される2本の脚部リンクと、それらの関節に配置される電動モータと、基体に配置されるバッテリ(電源)と、電力線を通じてバッテリから供給される電圧を電動モータに供給して駆動する駆動回路とを備えた脚式移動ロボットの駆動装置において、バッテリの残容量が少なくなったとき、転倒しそうな状況にあると判断し、重心を下げるように動作させている。
上記した従来技術にあっては、バッテリからの電力線が電動モータによっては関節を跨ぐため、電力線が関節部分で断線して漏電した場合などを考慮すると、電動モータを低電圧で駆動することが望ましい。しかしながら、高速で移動するには電動モータを高電圧で駆動して回転数を上げる必要があり、このように両者の要求は相反するものであった。 In the above-described prior art, since the power line from the battery crosses the joint depending on the electric motor, it is desirable to drive the electric motor at a low voltage in consideration of the case where the power line is disconnected at the joint portion and the electric leakage occurs. . However, in order to move at high speed, it is necessary to drive the electric motor with a high voltage to increase the rotation speed, and thus the requirements of both are contradictory.
従ってこの発明の目的は上記した従来技術の不都合を解消し、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足し、よって効率的に電圧を供給するようにした移動ロボットの駆動装置を提供することにある。 Accordingly, the object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of the prior art, satisfy both the low voltage requirement considering safety and the high voltage requirement for high speed movement, and thus efficiently supply the voltage. To provide a driving device for a mobile robot.
上記した課題を解決するために、請求項1にあっては、基体と、前記基体に股関節を介して接続される大腿リンクと前記大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンクとからなる複数本の脚部と、前記大腿リンクを進行方向に駆動する第1の電動モータと、前記下腿リンクを前記進行方向に駆動する第2の電動モータと、前記大腿リンクと下腿リンク以外の部位に配置される電源と、前記電源と前記第1、第2の電動モータを接続する電力線と、通電指令に応じて前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を前記第1、第2の電動モータに供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた移動ロボットの駆動装置において、前記第1、第2の電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器と、移動状況に応じて前記昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段とを備えると共に、前記第1、第2の電動モータと前記昇圧器と前記駆動回路とを前記大腿リンクに配置する如く構成した。
In order to solve the above-described problem, in
請求項2に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧器を前記電力線に介挿すると共に、前記電力線に前記昇圧器をバイパスするバイパス路を設ける如く構成した。 The mobile robot drive device according to claim 2 is configured such that the booster is inserted in the power line, and a bypass path is provided in the power line to bypass the booster.
請求項3に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧制御手段は、前記移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して前記昇圧器の昇圧動作を制御する如く構成した。 In the mobile robot driving apparatus according to claim 3 , the boost control means is configured to control a boost operation of the booster by searching a preset table value in accordance with the movement state.
請求項4に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧制御手段は、前記昇圧器の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、前記昇圧動作を中止する如く構成した。 In the mobile robot drive device according to a fourth aspect , the boost control means monitors the output voltage of the booster and stops the boost operation when the boost voltage is not boosted to a predetermined voltage.
請求項5に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、前記昇圧器と駆動回路の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、前記昇圧制御手段は、前記温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、前記昇圧動作を中止する如く構成した。 The mobile robot driving apparatus according to claim 5 includes a temperature sensor disposed in at least one of the booster and a driving circuit, and the boost control means is detected via the temperature sensor. When the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the boosting operation is stopped.
請求項6に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えると共に、前記フィードバック制御手段は前記昇圧制御手段の昇圧動作に応じて前記フィードバック制御のゲインを変更する如く構成した。 The mobile robot drive device according to claim 6 includes feedback control means for performing feedback control of the drive current to a target value, and the feedback control means performs the feedback control according to the boost operation of the boost control means. It was configured to change the gain.
請求項1ににあっては、基体に股関節を介して接続される大腿リンクと大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンクとからなる複数本の脚部を備えると共に、大腿リンクなどを進行方向に駆動する第1、第2の電動モータに電力線を通じて電源から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動する駆動回路とを少なくとも備えた脚式移動ロボットの駆動装置において、第1、第2の電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器と、移動状況に応じて昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段とを備えると共に、第1、第2の電動モータと昇圧器と駆動回路とを大腿リンクに配置する如く構成したので、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
According to
即ち、駆動回路と同一のリンクに昇圧器を備えることで電力線の送電電圧を低く抑えることができ、電源と電動モータを接続する電力線が関節を跨ぐとき、関節部分で断線して漏電したとしても、不都合が生じることがない。他方、高電圧が必要なときは昇圧器で昇圧して供給することで、高速移動にも対応することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。さらに、昇圧器の配置を、電動モータのうち、大腿リンクなどを進行方向に駆動する、換言すれば高電圧が要求されるものに限定して配置すると共に、それらを同一リンクに配置するように構成したので、一層効率的に電圧を供給することができる。また、移動状況に応じて昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段を備える如く構成したので、必要な電圧を過不足なく供給することができ、一層効率的に電圧を供給することができる。 In other words, by providing a booster on the same link as the drive circuit, the transmission voltage of the power line can be kept low, and when the power line connecting the power source and the electric motor straddles the joint, even if the joint part breaks and leaks, Inconvenience does not occur. On the other hand, when a high voltage is required, it is possible to cope with high-speed movement by boosting and supplying the voltage with a booster, and thus the voltage can be supplied efficiently. Further, the arrangement of the booster is limited to the electric motor that drives the thigh link or the like in the traveling direction, in other words, the one that requires a high voltage, and arranges them on the same link. Since it comprised, a voltage can be supplied more efficiently. In addition, since the booster control means for controlling the boosting operation of the booster according to the movement state is provided, the necessary voltage can be supplied without excess or deficiency, and the voltage can be supplied more efficiently.
請求項2に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧器を電力線に介挿すると共に、電力線に昇圧器をバイパスするバイパス路を設ける如く構成したので、上記した効果に加え、バイパス路に逆流防止ダイオードなどを必要とする不都合がある反面、昇圧器を介する場合に比して電力損失を低減することができる。 In the mobile robot drive device according to the second aspect , the booster is inserted in the power line, and the power line is provided with a bypass path that bypasses the booster. While there is an inconvenience that requires a backflow prevention diode or the like, power loss can be reduced as compared with the case of using a booster.
請求項3に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧制御手段は、移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して昇圧器の昇圧動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給するのが容易となり、一層効率的に電圧を供給することができる。 In the mobile robot drive device according to the third aspect , the boost control means is configured to search the table value set in advance according to the movement state and control the boost operation of the booster. In addition to the effect, it becomes easy to supply the necessary voltage without excess or deficiency, and the voltage can be supplied more efficiently.
請求項4に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧制御手段は、昇圧器の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、昇圧動作を中止する如く構成したので、上記した効果に加え、単に昇圧器の出力を監視するだけでフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。 In the mobile robot drive apparatus according to claim 4 , the boost control means monitors the output voltage of the booster and stops the boost operation when the boost voltage is not boosted to a predetermined voltage. In addition, a failure can be detected simply by monitoring the output of the booster, and necessary measures such as stopping the movement can be taken.
請求項5に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、昇圧器と駆動回路の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、昇圧制御手段は、温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、昇圧動作を中止する如く構成したので、上記した効果に加え、温度を通じてフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。 The mobile robot drive device according to claim 5 includes a temperature sensor disposed in at least one of the booster and the drive circuit, and the boost control means has a predetermined temperature detected via the temperature sensor. Since the boosting operation is stopped when the temperature is higher than the temperature, in addition to the above-described effects, a failure can be detected through the temperature and necessary measures such as stopping the movement can be taken.
請求項6に係る移動ロボットの駆動装置にあっては、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えると共に、フィードバック制御手段は昇圧制御手段の昇圧動作に応じて前記フィードバック制御のゲインを変更する如く構成したので、上記した効果に加え、電動モータを必要な回転数で確実に駆動することができる。 The mobile robot driving apparatus according to claim 6 includes feedback control means for feedback-controlling the drive current to the target value, and the feedback control means increases the feedback control gain according to the boosting operation of the boosting control means. Since the configuration is changed, the electric motor can be reliably driven at a necessary number of rotations in addition to the above-described effects.
以下、添付図面に即してこの発明に係る移動ロボットの駆動装置を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out a mobile robot drive device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明の第1実施例に係る移動ロボットの駆動装置が対象とする移動ロボットの正面図であり、図2は図1に示すロボットの側面図である。尚、移動ロボットとしては2足の脚式移動ロボットを例にとる。 FIG. 1 is a front view of a mobile robot targeted by a mobile robot drive apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the robot shown in FIG. As a mobile robot, a two legged mobile robot is taken as an example.
図1に示すように、脚式移動ロボット(以下単に「ロボット」という)10は、複数本、即ち、左右2本の脚部12L,12R(左側をL、右側をRとする。以下同じ)を備える。脚部12L,12Rは、基体(上体)14の下部に連結される。基体14の上部には頭部16が連結されると共に、側方には複数本、即ち、左右2本の腕部20L,20Rが連結される。左右の腕部20L,20Rの先端には、それぞれハンド(エンドエフェクタ)22L,22Rが連結される。
As shown in FIG. 1, a legged mobile robot (hereinafter simply referred to as a “robot”) 10 has a plurality of legs, that is, two left and
図2に示すように、基体14の背部には格納部14aが設けられ、その内部には中央制御器24、電源制御器26が収容されると共に、基体14の内部にはバッテリ(電源)28などが収容される。
As shown in FIG. 2, a
図3は、図1に示すロボット10をスケルトンで表す説明図である。以下、同図を参照し、ロボット10の内部構造について関節を中心に説明する。尚、図示のロボット10は左右対称であるので、以降L,Rの付記を省略する。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the
左右の脚部12は、それぞれ大腿リンク30と下腿リンク32と足部34とを備える。大腿リンク30は、股関節を介して基体14に連結される。図3では基体14を基体リンク36として簡略的に示す。股関節には、Z軸(ヨー軸)回りの回転軸を有する電動モータ(「1Zモータ」という)40と、Y軸(ピッチ軸。具体的には、ロボット10の左右方向)回りの回転軸を有する電動モータ(「1Yモータ」という)42と、X軸(ロール軸。具体的には、ロボット10の前後方向)回りの回転軸を有する電動モータ(「1Xモータ」という)44が配置され、3自由度を備える。
The left and
膝関節にはY軸回りの回転軸を有する電動モータ(「2Yモータ」という)46が配置され、1自由度を備える。足関節にはY軸回りの回転軸を有する電動モータ(「3Yモータ」という)48とX軸回りの回転軸を有する電動モータ(「3Xモータ」という)50が配置され、2自由度を備える。大腿リンク30と下腿リンク32は膝関節を介して連結されると共に、下腿リンク32と足部34は足関節を介して連結される。脚部12は、基体14と脚部12の適宜位置に配置された12個の電動モータによって12個の回転軸が個別に駆動される。
An electric motor (referred to as “2Y motor”) 46 having a rotation axis around the Y axis is disposed at the knee joint and has one degree of freedom. An electric motor (referred to as “3Y motor”) 48 having a rotation axis around the Y axis and an electric motor (referred to as “3X motor”) 50 having a rotation axis around the X axis are arranged at the ankle joint, and has two degrees of freedom. . The
左右の腕部20は、それぞれ上腕リンク52と下腕リンク54を備える。上腕リンク52は肩関節を介して基体14に連結される。上腕リンク52と下腕リンク54は肘関節を介して連結されると共に、下腕リンク54とハンド22は手首関節を介して連結される。
The left and right arm portions 20 include an upper arm link 52 and a lower arm link 54, respectively. The upper arm link 52 is connected to the
肩関節にはY軸回りの回転軸を有する電動モータ56とX軸回りの回転軸を有する電動モータ58とZ軸回りの回転軸を有する電動モータ60が配置され、3自由度を備える。肘関節にはY軸回りの回転軸を有する電動モータ62が配置され、1自由度を備える。手首関節にはZ軸回りの回転軸を有する電動モータ64とY軸回りの回転軸を有する電動モータ66とX軸回りの回転軸を有する電動モータ68が配置され、3自由度を備える。腕部20も、脚部12と同様、基体14と腕部20の適宜位置に配置された14個の電動モータによって14個の回転軸が個別に駆動される。
An electric motor 56 having a rotation axis around the Y axis, an electric motor 58 having a rotation axis around the X axis, and an electric motor 60 having a rotation axis around the Z axis are arranged at the shoulder joint and have three degrees of freedom. An electric motor 62 having a rotation axis around the Y axis is arranged at the elbow joint and has one degree of freedom. An electric motor 64 having a rotation axis around the Z axis, an electric motor 66 having a rotation axis around the Y axis, and an electric motor 68 having a rotation axis around the X axis are arranged at the wrist joint and have three degrees of freedom. Similarly to the
頭部16は首関節を介して基体14に連結され、2自由度を備える。首関節には、Z軸回りの回転軸を有する電動モータ72とY軸回りの回転軸を有する電動モータ74が配置され、2自由度を備える。頭部16も2個の電動モータによって個別に駆動される。
The
左右の脚部12には、それぞれ6軸力センサ76が取り付けられ、床面から脚部12に作用する床反力の3方向成分Fx,Fy,Fzとモーメントの3方向成分Mx,My,Mzを示す信号を出力すると共に、左右の腕部20にも同種の6軸力センサ78がハンド22と手首関節の間で取り付けられ、腕部20に作用する外力の3方向成分Fx,Fy,Fzとモーメントの3方向成分Mx,My,Mzを示す信号を出力する。
A six-
基体14には、X,Y,Z軸方向の加速度を示す出力を生じる3個の加速度センサとX,Y,Z軸回りの角速度を示す出力を生じる3個の振動ジャイロからなる傾斜計80が配置される。
The
頭部16には、2個のCCDカメラ82が設置され、ロボット10の周囲環境をステレオ視で撮影して得た画像を出力すると共に、マイクロフォン84aとスピーカ84bからなる音声入出力装置84が設けられる。
The
尚、上記した脚部12と腕部20を構成する電動モータ40,42などのそれぞれにはロータリエンコーダ(図示せず)が配置され、回転角度、即ち、関節角度に応じた信号を出力する。尚、電動モータ40,42などは例えばDCブラシレスモータからなる。
A rotary encoder (not shown) is disposed in each of the
上記したセンサなどの出力は中央制御器24に入力される。中央制御器24はCPUユニットからなり、脚部12の1Zモータ40などの電動モータの動作を制御して脚部12を駆動することでロボット10を移動させると共に、腕部20の電動モータ56などの動作を制御して腕部20を駆動し、さらに頭部16の電動モータ72などの動作を制御して頭部16の向きを調整する。
Outputs from the above-described sensors and the like are input to the
図4は、上記したバッテリ28から1Zモータ(電動モータ)40などの電動モータへの駆動電圧の供給を示すブロック図である。尚、同図では腕部20の構成の図示を省略すると共に、脚部12も片方のみ示す。
FIG. 4 is a block diagram showing supply of drive voltage from the
図示の如く、バッテリ28と1Zモータ40などの6個の電動モータは、電力線90によって電源制御器26と3個のモータドライバ(駆動回路)92、より具体的には92a,92b,92cを介して接続される。中央制御器24は信号線94によって電源制御器26に双方向から通信自在に接続されると共に、信号線96によって3個のモータドライバ92に双方向から通信自在に接続される。3個のモータドライバ92も内部にCPUを備え、接続される2個の電動モータの動作を制御する。
As shown in the drawing, six electric motors such as a
3個のモータドライバ92のうち、92b,92cに接続される電力線90にはそれぞれ昇圧器98、より具体的には98a,98bが介挿される。昇圧器98aとモータドライバ92b、および昇圧器98bとモータドライバ92cは信号線100を介して双方向通信自在に接続される。
Of the three motor drivers 92, a booster 98, more specifically 98a, 98b, is inserted in each of the
バッテリ28からは比較的低い所定電圧Vm[V]が出力される。バッテリ28から出力される所定電圧Vmは電源制御器26を介して電力線90に送出され、電力線90によってモータドライバ92(および後述する温度センサなど)には制御電源として、また1Zモータ40などの電動モータには駆動電源として供給される。より正確には、電力線90は中途で分岐し、その分岐線90aを介して制御電源が3個のモータドライバ92などに動作電源として送られる。
The
図示の構成により、モータドライバ92aを介して1Zモータ40,1Xモータ44には所定電圧Vmがそのまま駆動電圧として供給される一方、モータドライバ92b,92cを介して1Yモータ42,2Yモータ46、3Yモータ48、3Xモータ50には所定電圧Vm、あるいは所定電圧Vmを昇圧器98で最大4倍(4Vm)まで昇圧してなる電圧が駆動電圧として供給される。
With the configuration shown in the figure, a predetermined voltage Vm is supplied as it is as a drive voltage to the
信号線96はARCNET(RS485ベースの通信)やイーサネット(登録商標)からなり、体内ネットワークを形成する。6軸力センサ76の出力は、信号線96を通じて中央制御器24に送られる。また、3個のモータドライバ92と2個の昇圧器98の内部には温度センサ102がそれぞれ配置され、配置部位の温度を示す出力を生じる。温度センサ102の出力も信号線96を介して(図示せず)中央制御器24およびモータドライバ92に送られる。図示は省略するが、1Zモータ40などに配置されるロータリエンコーダの出力も信号線96を介して中央制御器24およびモータドライバ92に送られる。
The
先に述べた如く、中央制御器24は脚部12の1Zモータ40などの動作を制御して脚部12を駆動する。即ち、中央制御器24は予め設定された歩容から決定される動作(歩行)モードに基づき、それぞれの電動モータについて位置/速度/電流(トルク)制御指令をモータドライバ92に送る一方、その指令に対する実動作値がモータドライバ92から中央制御器24に送られる。その他にも、温度、異常、モータドライバ92の固有の設定値などの情報が中央制御器24とモータドライバ92の間で送受される。
As described above, the
同様に、中央制御器24と電源制御器26の間においても、信号線94を介して電力制御指令、電圧/電流などの情報と温度/異常/設定値などの各種情報が送受され、頭部16、腕部20、脚部12への電力の分配を含む電力制御が実行される。
Similarly, between the
図5は、図4に示すモータドライバ92などのロボット10における配置を具体的に示す、図2と同様なロボット10の側面図である。
FIG. 5 is a side view of the
図示の如く、中央制御器24と電源制御器26は格納部14aに収納され、バッテリ28は基体14の内部に配置されることから、電力線90や信号線(体内ネットワーク)96は、股関節や膝関節を跨いて大腿リンク30や下腿リンク32に張り巡らされる。電力線90は、関節部分では関節の動きを考慮して緩やかに配線される。
As shown in the figure, the
モータドライバ92aは基体14に配置される一方、1Zモータ40と1Xモータ44は大腿リンク30に配置され、従って両者は同一のリンクに配置されない。他方、モータドライバ92bと1Yモータ42,2Yモータ46と昇圧器98aとは同一のリンク(大腿リンク30)に配置される。また、モータドライバ92cと3Yモータ48,3Xモータ50と昇圧器98bとも同一のリンク(下腿リンク32)に配置される。
The
より具体的には、大腿リンク30を進行方向に駆動する1Yモータ42と、下腿リンク32を進行方向に駆動する2Yモータ46と、それらのモータドライバ92bとその昇圧器98aは、同一のリンク(大腿リンク30)に配置される。さらに、足部34を進行方向に駆動する3Yモータ48と進行方向に直交する左右方向に駆動する3Xモータ50と、それらのモータドライバ92cとその昇圧器98bも、同一のリンク(下腿リンク32)に配置される。
More specifically, the
ここで、本願の課題について説明すると、図17は特許文献1記載技術などで使用される、バッテリ28から1Zモータ40などへの駆動電圧の供給を示す、図4と同様のブロック図である。
Here, the problem of the present application will be described. FIG. 17 is a block diagram similar to FIG. 4 showing supply of drive voltage from the
図17に示す構成の場合、バッテリ28から電力線90を通じて所定電圧Vmを数倍してなる高電圧が1Zモータ40などの電動モータに供給されるため、ロボット10が転倒したときに関節部分で電力線90が断線して露出する恐れがある。従って、安全性を考慮すると、低い電圧でモータに電力を供給することが望ましい。ロボット10が直立状態もしくはそれほど高速動作をしない場合、ある程度低電圧(例えば所定電圧を2倍した程度の値(2Vm))でも動作することは可能である。
In the case of the configuration shown in FIG. 17, a high voltage obtained by multiplying the predetermined voltage Vm several times from the
しかしながら、ロボット10が高速歩行するためには電動モータの回転数を上げる必要があるため、電動モータの大きさや効率の面からも必然的に電圧は高くする必要があり、ロボット10の電源電圧を低くすることは困難であった。つまり安全を考慮した低電圧化と高速歩行のための高電圧化は設計上相反していた。尚、この明細書で「高速歩行」は歩行動作のみならず、走行動作も含む意味で使用する。
However, in order for the
図4および図5に示す構成はそれを解決するものであり、図17に示す構成に加え、モータドライバ92b,92cの前段に昇圧器98a,98bを介挿すると共に、昇圧器98aとモータドライバ92bおよび1Yモータ42などは同じリンク内に配置し、それらを接続する電力線90が関節を跨がないようにした。ただし、1Zモータ40と1Xモータ44は、特に高速回転を必要とするものではなく、モータドライバ92aとの間の電力線90が股関節を跨ぐため、モータドライバ92aには昇圧器98を配置しないこととした。
The configurations shown in FIGS. 4 and 5 solve the problem. In addition to the configuration shown in FIG. 17,
モータドライバ92b,92cは、直立や低速歩行時はこの昇圧器98a,98bをオフしておく。他方、高速歩行動作の時には中央制御器24からモータドライバ92b,92cに信号線(体内ネットワーク)96を介して高速歩行(動作)モードの情報を送り、これを受けたモータドライバ92b,92cは信号線100を介して駆動電圧コントロール信号を送り、昇圧器98a,98bをオンする。
The
これにより、オンされた昇圧器98a,98bの後段のモータドライバ92b,92cには高圧の駆動電力が供給され、モータドライバ92a,92bは信号線96を介して中央制御器24から受信した動作モードに対応した電流フィードバックゲインに設定を変更することで所望のモータ回転数を得る。
As a result, high-voltage driving power is supplied to the
高速歩行はロボット10が約1.8km/hを超える速度で歩行する動作モード、低速歩行はそれ未満で歩行する動作モードを意味する。低速歩行では遊脚期間であってもいずれの電動モータの回転数も低いが、高速歩行では遊脚期間中に1Yモータ42と2Yモータ46に高速回転が要求される。従って、図5に関して説明した如く、少なくともそれらの電動モータについては昇圧器98を設けると共に、モータドライバ92も含めて同一のリンクに配置するようにした。
High speed walking means an operation mode in which the
次に駆動電圧が変わったときのモータドライバ92の制御について説明すると、モータドライバ92は高速/低速の動作モードに対応した電流フィードバックゲインに設定を変更することで、電動モータに要求される回転速度を実現する。図6にモータ制御のフィードバックループを示す。 Next, the control of the motor driver 92 when the drive voltage changes will be described. The motor driver 92 changes the setting to the current feedback gain corresponding to the high-speed / low-speed operation mode, so that the rotation speed required for the electric motor is changed. Is realized. FIG. 6 shows a feedback loop for motor control.
1Zモータ40などのDCブラシレスモータは、一般に、図6に示されるように、位置と速度と電流についてフィードバック制御される。電流フィードバックゲインKi、より具体的には比例ゲインKipおよび積分ゲインKiiは、位置フィードバックループと速度フィードバックループの内側で電動モータに流れる電流を制御するループのフィードバック量の大きさを表す。
A DC brushless motor such as the
電動モータのエネルギーはトルク×回転数であり、トルクは電流に比例し、回転数は電圧に比例する。同じエネルギーであれば電圧と電流は反比例の関係にあるので、電圧の増加率だけ電流を抑えるようにする。つまり、以下の式の通りに駆動電圧の切り替えを電流フィードバックゲインに反映することで電動モータに流す電流を変え、電圧を変えても所期の動作を実現させることができる。
Ki=C/V (Ki:電流フィードバックゲイン,V:駆動電圧,C:定数)
The energy of the electric motor is torque × number of rotations, the torque is proportional to the current, and the number of rotations is proportional to the voltage. If the energy is the same, the voltage and current are in an inversely proportional relationship, so the current is suppressed by the rate of voltage increase. That is, by reflecting the switching of the drive voltage in the current feedback gain as shown in the following equation, the desired operation can be realized even if the current flowing through the electric motor is changed and the voltage is changed.
Ki = C / V (Ki: current feedback gain, V: drive voltage, C: constant)
このように電圧変動に対して電動モータの動作特性を維持するには、電流フィードバックゲインを調整するのが最も簡単で理にかなった手法となる。また、フィードバックゲインは電流ゲインでなければならず、位置ゲインや速度ゲインでは実現はできない。 Thus, to maintain the operating characteristics of the electric motor against voltage fluctuations, adjusting the current feedback gain is the simplest and most reasonable method. Further, the feedback gain must be a current gain, and cannot be realized with a position gain or a speed gain.
図7はこの実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは中央制御器24によって実行される。
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the mobile robot driving apparatus according to this embodiment. The illustrated program is executed by the
図8は図7の処理で設定される駆動電圧などの特性を示す説明図である。図8に示す値は2Yモータ46についての値であるが、1Yモータ42についても同様である。図8に示す如く、図7に示す処理において駆動電圧は歩行時以外では所定電圧Vmのままとするが、歩行を開始した後は歩行速度に応じてその2倍(2Vm)あるいは4倍(4Vm)昇圧する。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing characteristics such as drive voltage set by the processing of FIG. The values shown in FIG. 8 are values for the
電流フィードバックゲインは駆動電圧に応じて設定する。即ち、比例ゲインKipと積分ゲインKiiは、駆動電圧が最大となるときの値をそれぞれa,bとすると、駆動電圧が減少するにつれて2倍(2a,2b)あるいは4倍(4a,4b)となるように設定する。 The current feedback gain is set according to the drive voltage. That is, the proportional gain Kip and the integral gain Kii are two times (2a, 2b) or four times (4a, 4b) as the driving voltage decreases, assuming that the values when the driving voltage becomes maximum are a and b, respectively. Set as follows.
尚、この実施例に係るロボット10は、1Yモータ42と2Yモータ46が所定電圧Vmで駆動されるときは直立するのみで歩行できず、2Vmで駆動される場合には低速歩行は可能であるが、高速歩行はできず、4Vmで駆動されて初めて高速歩行も可能となるものとする。また、図7には1Yモータ42と2Yモータ46についての処理のみを示すが、その他の電動モータも昇圧されない点を除くと、図7に示す処理に類似した処理で制御される。
Note that the
以下説明すると、S10でパワーオンを実行する。図4を参照してこの処理を説明すると、中央制御器24は電源制御器26に対し、バッテリ28からモータドライバ92bに所定電圧Vmを供給するように指令する。モータドライバ92bは電源制御器26から指令された所定電圧Vmが供給されたとき、パワーオンが完了した旨の信号を中央制御器24に送る。
In the following description, power on is executed in S10. This process will be described with reference to FIG. 4. The
次いでS12に進み、サーボオンを実行する。即ち、中央制御器24はモータドライバ92bに対し、1Yモータ42などを制御原点位置まで回転した後、その位置で停止させるように指令する。モータドライバ92bはその指令に応じた動作を実行し、それが終了したとき、サーボオンが完了(サーボ機構の有効化動作が完了)した旨の信号を中央制御器24に送る。
Next, in S12, the servo is turned on. That is, the
次いでS14に進み、ロボット10を直立姿勢となるように制御する。具体的には、サーボオンが完了した後、ロボット10をリフタ(図示せず)から降ろし、6軸力センサ76と傾斜計80の出力に基づいて直立状態を保つように制御する。
Next, in S14, the
次いでS16に進み、歩行開始指令(高速/低速歩行の動作モード信号からなる)をモータドライバ92a,92b,92cに出力する。即ち、中央制御器24からモータドライバ92bに動作モード信号を送ることで高速歩行動作の開始前に駆動電圧を上げさせる一方、モータドライバ92の電流フィードバックゲインを下げさせることにより、1Yモータ42などの高速回転に対応させる。
Next, in S16, a walking start command (consisting of a high-speed / low-speed walking operation mode signal) is output to the
次いでS18に進み、温度センサ102で検出された昇圧器98あるいはモータドライバ92の温度が所定値を超える温度異常が生じているか否か判断し、否定されるときはS20に進み、モータドライバ92においてS16で出力された歩行開始指令の動作モードに応じて電流フィードバックゲインの設定を変更させ、S22に進み、昇圧器98をオンさせて動作モードに応じて2Vmあるいは4Vmに昇圧させる。尚、この時点まで駆動電圧は所定電圧Vmのままとする。
Next, the process proceeds to S18, in which it is determined whether or not a temperature abnormality has occurred where the temperature of the booster 98 or the motor driver 92 detected by the
次いでS24に進み、昇圧器98の昇圧動作が正常か否か判断する。これは昇圧器98の出力電圧をモータドライバ92b,92cのA/Dコンバータ(図示せず)でモニタさせ、所定の電圧範囲に昇圧されているか判断することで行う。
Next, in S24, it is determined whether or not the boosting operation of the booster 98 is normal. This is done by monitoring the output voltage of the booster 98 with A / D converters (not shown) of the
S24で肯定されるときはS26に進み、ロボット10の歩行を開始し、S28に進んで歩行終了となるまで継続する。次いでS30に進み、モータへの供給電圧を定常状態のVmに降圧させ、S32に進み、Vmに対応した電流フィードバックゲインに設定を変更させる。次いでS34に進み、直立姿勢に再び制御し、S36に進んでサーボオフ(電動モータの停止)し、S38に進み、パワーオフ(バッテリ28からの電圧供給停止)する。
When the result in S24 is affirmative, the process proceeds to S26, where the
尚、S18で肯定される場合、あるいはS24で否定される場合、即ち、温度異常が生じたか、あるいは所定の電圧範囲に昇圧されない場合、昇圧動作を実行しないか、実行しているときは中止する。 If the result in S18 is affirmative, or the result in S24 is negative, that is, if a temperature abnormality has occurred or if the voltage is not boosted to a predetermined voltage range, the boosting operation is not performed or is stopped. .
図9は、図7の処理を示すタイム・チャートである。 FIG. 9 is a time chart showing the processing of FIG.
図示の如く、歩行動作開始直前の直立時に電流フィードバックゲインの設定値を変更し、続いて昇圧器98で昇圧し、歩行が終了した直後に逆の手順で降圧して電流フィードバックゲインの設定値を変更する。即ち、電流フィードバックゲインの設定値は昇圧器98の電圧を上げる前に変更し、電圧を下げた後に変更する。図では左脚の昇圧器とモータドライバの制御期間を表記していないが、右脚と同様の処理が行われる。このように、昇圧する前に電流フィードバックゲインを下げ、逆に降圧した後に電流フィードバックゲインを上げるようにしている。この順序が逆の場合はモータが発振する場合があるので、安全を考えてこのように設定する。 As shown in the figure, the set value of the current feedback gain is changed when standing upright immediately before the start of the walking motion, and then the voltage is boosted by the booster 98. change. That is, the set value of the current feedback gain is changed before increasing the voltage of the booster 98, and is changed after decreasing the voltage. Although the control period of the left leg booster and motor driver is not shown in the figure, the same processing as that for the right leg is performed. In this way, the current feedback gain is lowered before boosting, and the current feedback gain is raised after stepping down. If this order is reversed, the motor may oscillate, so this is set in consideration of safety.
尚、昇圧が完了する前に電流フィードバックゲインが下げられる事態も生じ得るが、その場合にはモータのトルクが不足することも考えられる。しかしながら、切り替えのタイミングは直立時であるため、トルク不足が若干であれば、それによる影響は少ないと思われる。これは、第2実施例で切り替えのタイミングを遊脚とするときも同様である。いずれにしても、この切り替えのタイミングのずれは、少なければ少ないほど望ましい。 Note that there may be a situation where the current feedback gain is lowered before the boosting is completed, but in this case, the motor torque may be insufficient. However, since the timing of switching is upright, if there is a slight torque shortage, the effect of this is considered to be small. The same applies to the second embodiment when the switching timing is a free leg. In any case, the smaller the difference in the switching timing, the better.
上記した如く、第1実施例にあっては、関節、即ち、股関節、膝関節、足関節を介して連結される複数本(2本)のリンク(大腿リンク30、下腿リンク32)の関節に配置される1Yモータ42などの電動モータに、電力線90を通じてバッテリ(電源)28から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動するモータドライバ(駆動回路)92a,92b,92cを少なくとも備えた移動ロボット10の駆動装置において、1Yモータ42などの電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器98a,98bを備えると共に、1Yモータ42などと昇圧器98a、98bと駆動回路92b,92cとを同一のリンク(大腿リンク30、下腿リンク32)に配置する如く構成した。
As described above, in the first embodiment, joints, that is, joints of a plurality of (two) links (
より具体的には、基体14に股関節を介して接続される大腿リンク30と大腿リンク30に膝関節を介して接続される下腿リンク32とからなる複数本(2本)の脚部12を備えると共に、少なくとも大腿リンク30などを進行方向に駆動する1Yモータ(第1の電動モータ)42と2Yモータ(第2の電動モータ)46に電力線90を通じてバッテリ(電源)28から供給される電圧を通電指令に応じて供給して駆動するモータドライバ(駆動回路)92b,92cを少なくとも備えた脚式移動ロボット10の駆動装置において、少なくとも1Yモータ42と2Yモータ46に供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器98aを備えると共に、少なくとも1Yモータ42などと昇圧器98aとモータドライバ92bとを同一のリンク(大腿リンク)30に配置する如く構成した。
More specifically, a plurality of (two)
これにより、安全性を考慮した低電圧要求と高速移動のための高電圧要求とを共に満足することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。即ち、モータドライバ92b,92cと同一のリンクに昇圧器98a,98bを備えることで電力線90の電圧を低く抑えることができ、バッテリ28と1Yモータ42などの電動モータを接続する電力線90が関節を跨ぐとき、関節部分で断線するなどして漏電したとしても、それほど不都合は生じない。他方、高電圧が必要なときは昇圧器98a,98bで昇圧して供給することで、高速移動にも対応することができ、よって効率的に電圧を供給することができる。
Thereby, both a low voltage requirement considering safety and a high voltage requirement for high-speed movement can be satisfied, and thus the voltage can be supplied efficiently. That is, by providing the
さらに、昇圧器98a,98bの配置を、電動モータのうちの高電圧が要求されるもの、即ち、大腿リンク30などを進行方向に駆動する1Yモータ42,2Yモータ46,3Yモータ48などに限定して配置すると共に、それらを大腿リンク30などの同一のリンクに配置するように構成したので、一層効率的に電圧を供給することができる。
Furthermore, the arrangement of the
さらに、1Yモータ42などで駆動電圧は全て昇圧器98を介した出力とするため、バッテリ28の電圧が変動しても駆動電圧を一定に保つことができ、モータ動作を安定にすることができる。また、駆動電圧と制御電圧を同じ値(Vm)とすることで、図17に示した従来技術で使用される電源制御器26内の降圧器が不要となり、電源制御器26からモータドライバ92への電力線90も1本のケーブルになるため、軽量かつ低コストにすることができる。ただし、電圧が低くなる分電流を多く流す必要があるため、電力線90はより太くなることも予想されるが、それを超えるメリットがある。
Furthermore, since the drive voltage is all output through the booster 98 by the
また、移動状況に応じて昇圧器98の昇圧動作を制御する昇圧制御手段(S16からS22)を備える、より具体的には歩行開始指令(動作モード信号)を送り、高速歩行動作開始前に駆動電圧を上げさせる一方、モータドライバ92を介して電流フィードバックゲインを下げさせることにより電動モータの高速回転に対応させる如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給することができ、一層効率的に電圧を供給することができる。 In addition, a boost control means (S16 to S22) for controlling the boosting operation of the booster 98 according to the movement state is provided. More specifically, a walking start command (operation mode signal) is sent and driven before the high-speed walking operation is started. While the voltage is increased, the current feedback gain is decreased via the motor driver 92 so as to correspond to the high-speed rotation of the electric motor. Therefore, in addition to the above effects, the necessary voltage can be supplied without excess or deficiency. Thus, the voltage can be supplied more efficiently.
また、昇圧制御手段は、昇圧器98の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、昇圧動作を中止する(S24,S30)如く構成したので、上記した効果に加え、単に昇圧器98の出力を監視するだけでフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。 Further, the boost control means monitors the output voltage of the booster 98 and stops the boosting operation when it is not boosted to a predetermined voltage (S24, S30). It is possible to detect a failure just by monitoring the output and take necessary measures such as stopping the movement.
また、昇圧器98とモータドライバ92の少なくともいずれかに配置される温度センサ102を備えると共に、昇圧制御手段は、温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、昇圧動作を中止する(S18,S30)如く構成したので、上記した効果に加え、温度を通じてフェールを検出することができ、移動を停止するなど、必要な対策を講じることができる。
In addition, a
また、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段(中央制御器24,モータドライバ92)を備えると共に、昇圧制御手段の昇圧動作に応じて電流フィードバック制御のゲインを変更する(S20)如く構成したので、上記した効果に加え、2Yモータ46などを必要な回転数で確実に駆動することができる。
Further, it is provided with feedback control means (
図10はこの発明の第2実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図7と同様のフロー・チャートである。図示のプログラムも、中央制御器24によって実行される。
FIG. 10 is a flow chart similar to FIG. 7 showing the operation of the mobile robot driving apparatus according to the second embodiment of the present invention. The illustrated program is also executed by the
図11は、図10の処理で設定される駆動電圧などの特性を示す、図8と同様の説明図である。第2実施例においては図11に示すように駆動電圧を第1実施例と同様に歩行時以外と歩行時で相違させると共に、低速歩行時と高速歩行時の支持脚時では2Vmとする一方、高速回転が要求される高速歩行時の遊脚時では4Vmとした。電流フィードバックゲインの設定値の変更は、第1実施例と同様である。 FIG. 11 is an explanatory view similar to FIG. 8 showing characteristics such as the drive voltage set in the process of FIG. In the second embodiment, as shown in FIG. 11, the driving voltage is made different between when walking and when walking as in the first embodiment, and at 2 Vm when supporting at low speed walking and when walking at high speed, It was set to 4 Vm at the time of a free leg during high-speed walking that requires high-speed rotation. The change of the setting value of the current feedback gain is the same as in the first embodiment.
また、図11に示す値は2Yモータ46についての値であるが、1Yモータ42についても同様であることも第1実施例と異ならない。また、1Yモータ42と2Yモータ46についての処理のみを示すが、その他の電動モータも類似した処理で制御されることも第1実施例と同様である。
Further, the values shown in FIG. 11 are values for the
以下説明すると、S100からS104まで第1実施例と同様の処理を行った後、S106に進み、歩行時直前に歩行開始信号をモータドライバ92に出力し、S108に進み、歩行を開始させる。 Explained below, after the same processing as in the first embodiment is performed from S100 to S104, the process proceeds to S106, a walking start signal is output to the motor driver 92 immediately before walking, and the process proceeds to S108 to start walking.
S110においてモータドライバ92bにおいて歩行開始信号に応じて直立スタート時の設定電圧である2Vmに昇圧させるために電流フィードバックゲインの設定値を変更させ、S112において昇圧器98aをオンさせて2Vmに昇圧させる。次いでS114に進み、昇圧されたか否か判断し、肯定されるときはS116に進み、温度異常が生じたか否か判断する。
In S110, the motor driver 92b changes the set value of the current feedback gain to boost the voltage to 2Vm, which is the set voltage at the time of the upright start, according to the walking start signal, and in S112, the
S116で否定されるときはS118に進み、動作モードの更新、即ち、図11に示す動作モードをモータドライバ92b,92cに逐次出力し、S120に進み、モータドライバ92bにおいて図11に示す特性に基づいて高速駆動が要求されるか否か判断させる。S120で肯定されるときはS122に進み、モータドライバ92b,92cを介して図11の特性に基づいて電流フィードバックゲインを高速駆動時の設定値に変更させ、S124に進み、昇圧器98の出力を4Vmに昇圧させる。次いでS126に進み、昇圧されたか否か再び判断する。
Proceeds to S118 if negative in S116, the update of the operation mode, i.e., the operation mode of the motor driver 92b shown in FIG. 11, and sequentially output to 92c, the process proceeds to S 120, the characteristic shown in FIG. 11 in the motor driver 92b Based on this, it is determined whether or not high speed driving is required. When the result in S120 is affirmative, the program proceeds to S122, in which the current feedback gain is changed to the set value at the time of high-speed driving based on the characteristics of FIG. 11 via the
他方、S120で否定されるときはS128に進み、低速駆動で足りるので、図11の特性に基づいてモータドライバ92bを介して2Vmに降圧させ、次いでS130に進み、2Vmに対応する電流フィードバックゲインに設定値に変更させる。 On the other hand, when the result in S120 is negative, the process proceeds to S128, and low speed driving is sufficient. Therefore, the voltage is stepped down to 2Vm via the motor driver 92b based on the characteristics of FIG. 11, and then the process proceeds to S130 to obtain a current feedback gain corresponding to 2Vm. Change the setting value.
次いでS132に進み、歩行終了か否か判断し、否定される限り、上記した処理を繰り返す一方、肯定されるときはS134に進んで定常状態のVmに降圧させ、S136に進み、電流フィードバックゲインの設定値を対応する値に変更し、第1実施例と同様、S138からS142の処理を経て終了する。尚、S114で否定される、あるいはS116で肯定される、あるいはS126で否定されるときはS134に進む。 Next, the process proceeds to S132, where it is determined whether or not walking is completed. As long as the result is negative, the above process is repeated. On the other hand, if the result is affirmative, the process proceeds to S134 and the pressure is lowered to the steady state Vm. The setting value is changed to a corresponding value, and the process ends after the processing from S138 to S142, as in the first embodiment. If the result in S114 is negative, the result in S116 is affirmative, or the result in S126 is negative, the process proceeds to S134.
図12は図10の処理を示すタイム・チャートである。 FIG. 12 is a time chart showing the processing of FIG.
ロボット10が直立状態から歩き始めたときに最初に出す脚が遊脚となり、反対の脚は支持脚となる。高速回転が必要になるのは、高速歩行時に遊脚である右足を大きく前に出すときで、この期間を黒色で示す。
When the
通常、高速回転が必要になるのは遊脚時である。換言すれば遊脚であり、しかも高速回転する瞬間だけ電圧が高ければ足りるので、第2実施例においては、4Vmへの昇圧あるいは4Vmからの降圧のタイミングを遊脚時とし、その瞬間のみ高圧となるに制御するようにした。 Normally, high-speed rotation is necessary during swinging legs. In other words, it is a free leg, and it is sufficient if the voltage is high only at the moment of high-speed rotation. Therefore, in the second embodiment, the timing of step-up to 4 Vm or step-down from 4 Vm is set at the free leg, and the voltage is increased only at that moment. I tried to control it.
上記の如く、第2実施例に係る移動ロボットの駆動装置においても移動状況に応じて予め設定されたテーブル値、即ち、図11に示す特性を検索して遊脚時に高速駆動が可能となるように昇圧器98の昇圧動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給するのが容易となり、一層効率的に電圧を供給することができる。 As described above, the mobile robot driving apparatus according to the second embodiment can search at a table value set in advance according to the moving state, that is, the characteristic shown in FIG. In addition to the above-described effects, the booster 98 is configured to control the boosting operation, so that it becomes easy to supply the necessary voltage without excess or deficiency, and the voltage can be supplied more efficiently.
さらに、4Vmへの昇圧あるいは4Vmからの降圧のタイミングを転倒の危険性が少ない遊脚時としたことで、駆動電圧と電流フィードバックゲインの設定のずれにより、万一1Yモータ42などが発振したとしても、転倒の可能性を低減することができる。
Furthermore, by setting the timing of stepping up to 4Vm or stepping down from 4Vm at the time of a free leg with little risk of falling, it is assumed that the
尚、残余の構成および効果は、第1実施例と異ならない。 The remaining configuration and effects are not different from those of the first embodiment.
図13はこの発明の第3実施例に係る移動ロボットの駆動装置の動作を示す、図7と同様のフロー・チャートである。図示のプログラムも、中央制御器24によって実行される。
FIG. 13 is a flow chart similar to FIG. 7 showing the operation of the mobile robot driving apparatus according to the third embodiment of the present invention. The illustrated program is also executed by the
図14は第3実施例の電圧変更特性を2Yモータ46について示す、図8あるいは図11と同様の説明図である。第3実施例においては、図14に示す如く、ロボット10の動作から推定される必要関節角速度、即ち、膝関節の角速度ω[rad/second]から、それに対応した電圧レベルと電流フィードバックゲインの設定値を予めテーブル値として用意し、細やかな制御を可能とした。
FIG. 14 is an explanatory diagram similar to FIG. 8 or FIG. 11, showing the voltage change characteristics of the third embodiment for the
第1、第2実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、S200からS210まで第1、第2実施例と同様の処理を行った後、S212に進み、関節角速度ωを更新する。即ち、中央制御器24は歩行開始後、図14に示す特性に従って膝関節の角速度ωをω1からω4の間でモータドライバ92bに逐次出力する。尚、図14に示す値は2Yモータ46についての値であるが、1Yモータ42についても同様である。
The description will focus on the differences from the first and second embodiments. After performing the same processing as in the first and second embodiments from S200 to S210, the process proceeds to S212, where the joint angular velocity ω is updated. That is, after the start of walking, the
次いでS214において関節角速度ωの変更があると判断されるとき、S216においてモータドライバ92bを介して電流フィードバックゲインの設定を変更し、S218において設定電圧、即ち、昇圧器98aの出力電圧を変更させ、S220で電圧が変更されたか否か判断し、上記した処理をS222で歩行終了と判断されるまで繰り返す。尚、残余の処理は第1、第2実施例のそれと同様である。1Yモータ42と2Yモータ46についての処理のみを図示したが、その他の電動モータも類似した処理で制御されることも第1、第2実施例と同様である。
Next, when it is determined that there is a change in the joint angular velocity ω in S214, the setting of the current feedback gain is changed via the motor driver 92b in S216, and the setting voltage, that is, the output voltage of the
図15は図13の処理を示すタイム・チャートである。 FIG. 15 is a time chart showing the processing of FIG.
上記の如く、第3実施例に係る移動ロボットの駆動装置においても、移動状況に応じて予め設定されたテーブル値、即ち、図14に示すようにロボット10の動作から推定される膝関節の角速度に基づき、それに対応した電圧レベルと電流フィードバックゲインを検索して昇圧器98aの昇圧動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、必要な電圧を過不足なく供給するのが容易となり、一層効率的に電圧を供給することができる。
As described above, also in the mobile robot driving apparatus according to the third embodiment, the table value set in advance according to the movement state, that is, the angular velocity of the knee joint estimated from the operation of the
尚、残余の構成および効果は、第1実施例と異ならない。 The remaining configuration and effects are not different from those of the first embodiment.
図16は、この発明に係る移動ロボットの駆動装置の第4の実施例を示す、図4と同様の駆動装置のブロック図である。 FIG. 16 is a block diagram of a driving apparatus similar to that of FIG. 4, showing a fourth embodiment of the driving apparatus for the mobile robot according to the present invention.
第4実施例においては、昇圧器98a,98bを電力線90に介挿すると共に、電力線90に昇圧器98a,98bをバイパスするバイパス路90bを設ける如く構成した。バイパス路90bには逆流防止ダイオード104が設置される。
In the fourth embodiment, the
また、バッテリ28の出力電圧を2Vmとし、電源制御器26の降圧器26aでVmに降圧するようにした。即ち、電力線90に加え、第2の電力線106を設け、電力線90を介して駆動電圧2Vmを供給すると共に、第2の電力線106を介して降圧された制御電圧Vmを供給するようにした。
Further, the output voltage of the
第4実施例は上記の如く構成したので、バイパス路に逆流防止ダイオード104を必要とする不都合がある反面、昇圧器98を介する場合に比して電力損失を低減することができる。尚、ダイオード104はFETに置き換えることも可能である。
Since the fourth embodiment is configured as described above, there is a disadvantage that the
第1から第4実施例は上記の如く、関節を介して連結される複数本のリンク(大腿リンク30、下腿リンク32)と、前記関節に配置される電動モータ(1Yモータ42,2Yモータ46など)と、前記複数本のリンク以外の部位に配置される電源(バッテリ)28と、前記電源と前記電動モータを接続する電力線90と、前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を通電指令に応じて前記電動モータに供給して駆動する駆動回路(モータドライバ92)とを少なくとも備えた移動ロボット10の駆動装置において、前記電動モータに供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器98を備えると共に、前記電動モータと前記昇圧器と前記駆動回路とを同一のリンク(大腿リンク30あるいは下腿リンク32)に配置する如く構成した。
In the first to fourth embodiments, as described above, a plurality of links (
また、基体14と、前記基体に股関節を介して接続される大腿リンク30と前記大腿リンクに膝関節を介して接続される下腿リンク32とからなる複数本の脚部12と、前記大腿リンクを進行方向に駆動する第1の電動モータ(1Yモータ42)と、前記下腿リンクを前記進行方向に駆動する第2の電動モータ(2Yモータ46)と、前記大腿リンクと下腿リンク以外の部位に配置される電源(バッテリ)28と、前記電源と前記第1、第2の電動モータを接続する電力線90と、通電指令に応じて前記電力線を通じて前記電源から供給される電圧を前記第1、第2の電動モータに供給して駆動する駆動回路(モータドライバ92b)とを少なくとも備えた移動ロボット10の駆動装置において、前記第1、第2の電動モータ(1Yモータ42,2Yモータ46)に供給される駆動電圧を昇圧する昇圧器98aと、移動状況に応じて前記昇圧器の昇圧動作を制御する昇圧制御手段(S16からS22;S106からS130;S206からS218)とを備えると共に、前記第1、第2の電動モータ(1Yモータ42,2Yモータ46)と前記昇圧器98aと前記駆動回路(モータドライバ92b)とを前記大腿リンク30に配置する如く構成した。 Further, the substrate 14, a plurality of legs 12 formed of the shank link 32 which is connected through the knee joint to the thigh link 30 connected via the hip joints to the body said thigh link, before Symbol thigh link a first electric motor for driving the traveling direction (1Y motor 42), and a second electric motor for driving the front Symbol shank link to said traveling direction (2Y motor 46), the portion other than the thigh link and the crus link A power source (battery) 28 disposed in the power source, a power line 90 connecting the power source and the first and second electric motors, and a voltage supplied from the power source through the power line in response to an energization command, In the driving device of the mobile robot 10 including at least a driving circuit (motor driver 92b) that supplies and drives the second electric motor, the first and second electric motors (1Y motor 4) A booster 98a for boosting the driving voltage supplied to the 2Y motor 46), the boost control means (S16 to control the boosting operation of the booster according to the moving status S22; S106 from S130; S206 from S218) and provided with a, as construction of arranging the first, second electric motor (1Y motor 42,2Y motor 46) and the booster 98a and the front asked dynamic circuits and a (motor driver 92b) on the thigh link 30 did.
また、第4実施例に示す如く、前記昇圧器98を前記電力線90に介挿すると共に、前記電力線90に前記昇圧器98をバイパスするバイパス路90aを設ける如く構成した。
Further, as shown in the fourth embodiment, the booster 98 is inserted in the
また、前記昇圧制御手段は、前記移動状況に応じて予め設定されたテーブル値を検索して前記昇圧器98の昇圧動作を制御する(S16からS22;S106からS130;S206からS220)如く構成した。 Further, the boost control means is configured to search a table value set in advance according to the movement status and control the boost operation of the booster 98 (S16 to S22; S106 to S130; S206 to S220). .
また、前記昇圧制御手段は、前記昇圧器98の出力電圧を監視し、所定の電圧に昇圧されないとき、前記昇圧動作を中止する(S24,S30;S114,S134;S220,S224)如く構成した。 The boost control means is configured to monitor the output voltage of the booster 98 and stop the boosting operation when the voltage is not boosted to a predetermined voltage (S24, S30; S114, S134; S220, S224).
また、前記昇圧器98と駆動回路(モータドライバ92)の少なくともいずれかに配置される温度センサを備えると共に、前記昇圧制御手段は、前記温度センサを介して検出される温度が所定温度以上であるとき、前記昇圧動作を中止する(S18,S30;S116,S134;S210,S224)如く構成した。 In addition, a temperature sensor disposed in at least one of the booster 98 and the drive circuit (motor driver 92) is provided, and the boost control means has a temperature detected via the temperature sensor equal to or higher than a predetermined temperature. The boosting operation is stopped (S18, S30; S116, S134; S210, S224).
また、駆動電流を目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段(S20;S122,S130;S216,S226)を備えると共に、前記フィードバック制御手段は前記昇圧制御手段の昇圧動作に応じて前記フィードバック制御のゲイン(電流フィードバックゲイン)を変更する(S20;S122,S130;S216,S226)如く構成した。 In addition, feedback control means (S20; S122, S130; S216, S226) for feedback control of the drive current to the target value is provided, and the feedback control means is configured to provide a feedback control gain (in accordance with the boost operation of the boost control means ( (Current feedback gain) is changed (S20; S122, S130; S216, S226).
尚、上記において、脚部12についてのみ示したが、腕部20についても同様であり、関節を跨ぐモータドライバについて昇圧器を設けると共に、それらを同一のリンクに配置するようにしても良い。
In the above description, only the
また、1個のモータドライバ92で2個の電動モータを制御するようにしたが、モータドライバ92で制御する電動モータの数はそれに限られるものではなく、モータドライバ92のCPUの処理能力や重量、大きさ、配線の複雑さなどさまざまな要因を考慮した上で決定される。例えば、モータドライバ92が非常に軽量で小型であれば、電動モータ1個に対して1個のモータドライバで制御することも可能である。またCPUの処理能が十分高ければ、1個のモータドライバで4個の電動モータを制御することもできる。 In addition, although two electric motors are controlled by one motor driver 92, the number of electric motors controlled by the motor driver 92 is not limited thereto, and the CPU processing capacity and weight of the motor driver 92 are not limited thereto. It is determined in consideration of various factors such as size and complexity of wiring. For example, if the motor driver 92 is very light and small, it is possible to control one electric motor with one motor driver. In addition, if the processing capability of the CPU is sufficiently high, four electric motors can be controlled by one motor driver.
また、1Yモータ42と2Yモータ46を制御するモータドライバ92bと3Yモータ48と3Xモータ50を制御するモータドライバ92cの双方に昇圧器98を配置したが、1Yモータ42と2Yモータ46を制御するモータドライバ92bのみに昇圧器98を配置するようにしても良い。
Further, the booster 98 is disposed in both the motor driver 92b for controlling the
また、電流フィードバックゲインを駆動電圧から算出したが、モータ回転数と駆動電圧は比例関係にあるので、以下の様にモータ回転数から算出しても良い。
Ki=C/N (N:モータ回転数、C:定数)
Further, the current feedback gain is calculated from the drive voltage. However, since the motor speed and the drive voltage are in a proportional relationship, the current feedback gain may be calculated from the motor speed as follows.
Ki = C / N (N: motor speed, C: constant)
また、図8、図11および図14において動作モードの数を3あるいは4としたが、それに限られるものではない。このように、数パターン程度までが現実的ではないかと考えられる。 Further, although the number of operation modes is 3 or 4 in FIGS. 8, 11 and 14, it is not limited to this. Thus, it is thought that up to several patterns are realistic.
また、中央制御器24の出力に応じて駆動電圧を変更するようにしたが、6軸力センサ76の出力から着床や離床を判断して行っても良い。
In addition, the drive voltage is changed according to the output of the
また、移動体の例として移動ロボット、特に脚式移動ロボットを示したが、この発明はそれに限られるものではなく、関節を介して連結される複数本のリンクを備えると共に、その関節に配置された電動モータに関節以外の部位に配置された電源から電圧を供給する移動ロボットであれば、どのようなものにも妥当する。 In addition, a mobile robot, particularly a legged mobile robot, has been shown as an example of a mobile body. However, the present invention is not limited to this, and includes a plurality of links connected via joints and is arranged at the joints. The present invention is applicable to any mobile robot that supplies a voltage from a power source disposed in a portion other than the joint to the electric motor.
10 脚式移動ロボット(移動ロボット)、12 脚部、14 基体、20 腕部、24 中央制御器、26 電源制御器、28 バッテリ(電源)、30 大腿リンク、32 下腿リンク、40 1Zモータ(電動モータ)、42 1Yモータ(電動モータ)、44 1Xモータ(電動モータ)、46 2Yモータ(電動モータ)、48 3Yモータ(電動モータ)、50 3Xモータ(電動モータ)、90 電力線、92 モータドライバ(駆動回路)、96 信号線、98 昇圧器、102 温度センサ、104 逆流防止ダイオード、106 第2の電力線 10 legged mobile robot (mobile robot), 12 legs, 14 base, 20 arms, 24 central controller, 26 power controller, 28 battery (power), 30 thigh link, 32 lower leg link, 40 1Z motor (electric) Motor), 42 1Y motor (electric motor), 44 1X motor (electric motor), 462 2Y motor (electric motor), 48 3Y motor (electric motor), 50 3X motor (electric motor), 90 power line, 92 motor driver ( Drive circuit), 96 signal lines, 98 booster, 102 temperature sensor, 104 backflow prevention diode, 106 second power line
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JPH04265629A (en) * | 1991-02-19 | 1992-09-21 | Toshiba Corp | Power supplying network |
WO1993009018A1 (en) * | 1991-11-05 | 1993-05-13 | Seiko Epson Corporation | Micro-robot |
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JPH06117393A (en) * | 1992-10-06 | 1994-04-26 | Mitsubishi Electric Corp | Control device for robot |
JP2699941B2 (en) * | 1995-07-20 | 1998-01-19 | 日本電気株式会社 | Robot joints |
JPH09285990A (en) * | 1996-04-22 | 1997-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | Robot device and robot working device |
JP3655056B2 (en) | 1997-08-04 | 2005-06-02 | 本田技研工業株式会社 | Control device for legged mobile robot |
JP3431548B2 (en) * | 1999-02-10 | 2003-07-28 | ソニー株式会社 | Robot apparatus and control method therefor |
US6415203B1 (en) * | 1999-05-10 | 2002-07-02 | Sony Corporation | Toboy device and method for controlling the same |
JP2000326270A (en) * | 1999-05-21 | 2000-11-28 | Denso Corp | Mobile robot |
JP4213310B2 (en) * | 1999-08-30 | 2009-01-21 | 本田技研工業株式会社 | Biped legged mobile robot |
JP4694681B2 (en) * | 1999-11-26 | 2011-06-08 | セイコーインスツル株式会社 | Ultrasonic motor and electronic device with ultrasonic motor |
US6377013B2 (en) * | 1999-12-24 | 2002-04-23 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Control apparatus for legged mobile robot |
JP2001239479A (en) * | 1999-12-24 | 2001-09-04 | Sony Corp | Leg type mobile robot and exterior module for robot |
JP4252721B2 (en) * | 2000-11-17 | 2009-04-08 | 本田技研工業株式会社 | Biped robot |
JP4733317B2 (en) * | 2001-08-28 | 2011-07-27 | 本田技研工業株式会社 | Floor reaction force detector for legged robot |
JP4495549B2 (en) * | 2004-08-30 | 2010-07-07 | 本田技研工業株式会社 | Legged mobile robot |
JP4657796B2 (en) * | 2004-10-19 | 2011-03-23 | 本田技研工業株式会社 | Overcurrent prevention device for legged mobile robot |
JP4480010B2 (en) * | 2004-12-14 | 2010-06-16 | 株式会社Ihi | Distributed control system |
US7436143B2 (en) * | 2005-04-25 | 2008-10-14 | M-Bots, Inc. | Miniature surveillance robot |
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